अल्टरमैग्नेटिज्म

पाठ्यक्रम: GS3/विज्ञान और प्रौद्योगिकी

संदर्भ 

• अल्टरमैग्नेटिज़्म की खोज एक नए प्रकार के चुंबकीय क्रम के रूप में उभरी है।

चुंबकत्व और प्रकार 

• चुंबकत्व आकर्षण या विकर्षण की वह शक्ति है जो कुछ विशेष पदार्थों — मुख्यतः लोहे, निकेल, कोबाल्ट या उनके मिश्र धातुओं — के बीच विद्युत आवेशों (जैसे इलेक्ट्रॉनों) की गति के कारण कार्य करती है। 
• एक सदी से अधिक समय तक वैज्ञानिकों ने चुंबकत्व के केवल दो मुख्य प्रकारों को पहचाना था:
  • फेरोमैग्नेटिज़्म: सभी परमाणु चुंबकीय आघूर्ण (स्पिन) एक ही दिशा में संरेखित होते हैं, जिससे एक सुदृढ़ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है — जैसे फ्रिज का मैग्नेट।
  • एंटीफेरोमैग्नेटिज़्म: पड़ोसी परमाणु स्पिन विपरीत दिशाओं में इंगित करते हैं (“ऊपर” और “नीचे”), जिससे उनके क्षेत्र एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं और कोई बाहरी चुंबकत्व नहीं रहता।
• हाल ही में शोधकर्ताओं ने चुंबकत्व का तीसरा रूप खोजा है, जिसे अल्टरमैग्नेटिज़्म कहा जाता है। इसका सिद्धांत लगभग 2019 में प्रस्तुत किया गया था और 2024 में प्रयोगों द्वारा पुष्टि हुई।

अल्टरमैग्नेटिज़्म

• इसमें क्रिस्टल पैटर्न को घुमाने या दर्पण-जैसा उलटने से साइटें जोड़ीदार रूप में निरस्त हो जाती हैं, जिससे कोई शुद्ध चुंबकीकरण नहीं बचता — और यह अन्य दो प्रकारों के बीच के अंतर को समाप्त करता है।

• अल्टरमैग्नेट्स में पड़ोसी परमाणुओं के चुंबकीय आघूर्ण विपरीत दिशाओं में इंगित करते हैं — एक ऊपर, अगला नीचे — ठीक एंटीफेरोमैग्नेट्स की तरह।
  • ये विपरीत स्पिन एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं, इसलिए पदार्थ कोई समग्र (नेट) चुंबकीय क्षेत्र नहीं दिखाता।
  • हालांकि, उनकी आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक संरचना फेरोमैग्नेट्स जैसी होती है, जहाँ इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर उनके स्पिन पर निर्भर करते हैं।
  • शुद्ध चुंबकीकरण न होने के बावजूद आंतरिक स्पिन असंतुलन का यह असामान्य संयोजन अल्टरमैग्नेट्स को विशिष्ट गुण प्रदान करता है।

अनुप्रयोग

• क्वांटम कंप्यूटिंग: क्वांटम कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए अल्टरमैग्नेट्स का भी अन्वेषण किया जा रहा है।
  • इनके पास भटकते चुंबकीय क्षेत्रों की कमी होती है, जिससे चुंबकीय शोर कम होता है और क्वांटम कोहेरेंस (क्वांटम बिट्स की स्थिरता) बनाए रखने में सहायता मिलती है।
• स्पिन्ट्रॉनिक्स: ये गुण इन्हें स्पिन्ट्रॉनिक्स के लिए अत्यधिक आकर्षक बनाते हैं — यह तकनीक इलेक्ट्रॉन स्पिन (केवल आवेश नहीं) का उपयोग करके जानकारी संग्रहीत और संसाधित करती है, जिससे तीव्र, छोटे एवं अधिक कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स संभव होते हैं।
• विस्तृत सामग्री दायरा: सबसे रोमांचक खोजों में से एक यह है कि अल्टरमैग्नेटिज़्म कई प्रकार की सामग्रियों में उपस्थित हो सकता है, जिनमें इंसुलेटर, सेमीकंडक्टर, धातु और संभवतः जैविक क्रिस्टल भी शामिल हैं।
  • यह सामग्री डिज़ाइन और नए उपकरण आर्किटेक्चर के लिए विशाल अवसर खोलता है।

मुख्य चुनौतियाँ

• सामग्री की गुणवत्ता: उच्च गुणवत्ता वाली, एकल-डोमेन अल्टरमैग्नेटिक सामग्री का उत्पादन एक बड़ी चुनौती है।
• निर्माण और विस्तार क्षमता: वाणिज्यिक इलेक्ट्रॉनिक या स्पिन्ट्रॉनिक उपकरणों में इन सामग्रियों का उपयोग करने के लिए विस्तार योग्य एवं किफायती निर्माण विधियों का विकास आवश्यक है।
  • इसमें बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए क्रिस्टल संश्लेषण प्रक्रिया को परिपूर्ण करना शामिल है।
• सीमित परीक्षण सामग्री: अब तक केवल कुछ ही सामग्रियों — जैसे मैंगनीज़ टेल्यूराइड (MnTe) और क्रोमियम एंटिमोनाइड (CrSb) — ने स्पष्ट रूप से अल्टरमैग्नेटिक प्रभाव दिखाए हैं। सामग्री पुस्तकालय का विस्तार वर्तमान वैश्विक शोध का केंद्र है।

आगे की राह

• इन कठिनाइयों के बावजूद, खोजों की तीव्र प्रगति, सुदृढ़ वैश्विक वैज्ञानिक रुचि और चल रहे प्रयोगात्मक सफलताएँ सभी उत्साहजनक संकेत हैं कि समय के साथ इन चुनौतियों को पार किया जा सकता है। 
• सामग्री डिज़ाइन और निर्माण में निरंतर प्रगति के साथ, इसमें आगामी पीढ़ी की सूचना और क्वांटम तकनीकों में क्रांति लाने की क्षमता है।

Source: TH